BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        ðẶNG VĂN HỮU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN CHO MÁY QUẤN SỢI DÙNG PLC S7-300 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : ðiện khí hóa SX Nông nghiệp và Nông thôn Mã số : 60.62.54 Người hướng dẫn: PGS.TS. PHAN XUÂN MINH HÀ NỘI - 2012 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và hoàn toàn chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ ñể thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn ðặng Văn Hữu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ii LỜI CẢM ƠN ðể hoàn thành luận văn này tôi ñã nhận ñược sự hướng dẫn rất nhiệt tình của cô giáo PGS.TS. Phan Xuân Minh cùng với những ý kiến ñóng góp quý báu của các thầy giáo, cô giáo Bộ môn Tự ðộng Hóa cũng như các thầy giáo, cô giáo Khoa cơ ñiện, Viện ðào tạo Sau ñại học của Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới những sự giúp ñỡ quý báu ñó. Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Cao ñẳng dệt may Nam ðịnh Vinatext, Công ty cổ phần Nam Long Bitextco Thái Bình ñã tạo ñiều kiện cho tôi trong việc thu thập số liệu và những thông tin cần thiết cho việc nghiên cứu luận văn. Tôi xin bày tỏ sự biết ơn chân thành tới gia ñình, ñồng nghiệp và bạn bè những người ñã luôn bên tôi giúp ñỡ về vật chất cũng như tinh thần trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Thái Bình, ngày .10 tháng 4 năm 2012 Tác giả ðặng Văn Hữu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iii MỤC LỤC Lời cam ñoan Error! Bookmark not defined. Lời cảm ơn Error! Bookmark not defined. Mục lục Error! Bookmark not defined. Danh mục bảng Error! Bookmark not defined. Danh mục hình Error! Bookmark not defined. MỞ ðẦU 1 1 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu của ñề tài 2 2 Phương pháp nghiên cứu và cấu trúc của luận văn 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4 1.1 Giới thiệu về nhà máy 4 1.2 Nguyên lý cấu tạo và làm việc của máy sợi con 5 1.2.1 Cấu tạo: 5 1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy sợi con 11 1.2.3 Các thiết bị quá trình của máy kéo sợi con 12 1.3 Kết luận chương 1 16 CHƯƠNG II: PHÁT BIỂU BÀI TOÁN ðIỀU KHIỂN VÀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ 17 2.1 ðiều khiển tốc ñộ quấn sợi thay ñổi theo chiều dài L . 17 2.1.1 Quy luật ñiều khiển. 17 2.1.2 Cấu trúc ñiều khiển. 18 2.1.3 Giới thiệu về biến tần M440. 19 2.1.4 Quá trình cài ñặt cho biến tần. 21 2.2 Xây dựng các lưu ñồ thuật toán. 31 2.3 Các thông số kỹ thuật cần tính toán và hiển thị. 40 2.3.1 Các thông số do người vận hành nhập cho máy. 40 2.3.2 Các thông số cần tính toán và hiển thị. 40 2.4 Kết luận chương 2 41 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iv CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7 - 300 42 3.1 Lựa chọn cấu hình hệ thống ñiều khiển. 42 3.2 Bảng ñấu nối vào/ra giữa thiết bị quá trình và PLC. 43 3.3 Chương trình ñiều khiển. 45 3.4 Chương trình giám sát trên WinCC. 62 3.5 Kết luận chương 3. 65 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 66 Tài liệu tham khảo 67 Phụ lục 68 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… v DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 2.1: Quan hệ giữa tốc ñộ và chiều dài của sợi do người vận hành cài ñặt. 18 Bảng 2.2: Các thông số do người vận hành nhập cho máy 40 Bảng 3.1: Bảng ñấu nối vào/ra giữa thiết bị quá trình và PLC 43 Bảng 3.2:Các biến chính ñược sử dụng trong chương trình 46 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang Hình 1.1: Phễu dẫn sợi thô 5 Hình 1.2 : Bộ kéo dài 3/3 6 Hình 1.3: Bộ phận hút ñầu mối 7 Hình 1.4: Nguyên lý tạo săn 8 Hình 1.5: Bản cách sợi 9 Hình 1.6: Bộ phận ñiều khiển thanh cầu 10 Hình 1.7: Bộ phận truyền chuyển ñộng ñến cọc sợi từ trục chính qua dây xăng 11 Hình 1.8: Sơ ñồ ñộng của máy sợi con 12 Hình 1.9 : ðộng cơ trục chính 13 Hình 1.10 : ðộng cơ bơm dầu 13 Hình 1.11: ðộng cơ vệ sinh 14 Hình 1.12 : Vị trí của các sensor tương ứng với chiều cao quả sợi 15 Hình 1.13 : Các cảm biến tiệm cận 15 Hình 2.1 : ðồ thị quan hệ giữa tốc ñộ và chiều dài của sợi 17 Hình 2.2: Cấu trúc ñiều khiển ñộng cơ trục chính 18 Hình 2.3: Cấu trúc của biến tần M440 20 Hình 2.4: Cấu trúc bộ ñiều khiển PID của M440 21 Hình 2.5 : Lưu ñồ cài ñặt các thông số cho biến tần 22 Hình 2.6 : Các thông số ñộng cơ ñược biến tần tính toán tự ñộng 28 Hình 2.7 : ðặc tính từ hóa ñộng cơ ñược tính toán tự ñộng 29 Hình 2.8 : Cài ñặt cho bộ biến ñổi ADC của biến tần 30 Hình 2.9. Lưu ñồ chương trình chính 33 Hình 2.10. Lưu ñồ bước 1, kiểm tra ñiều kiện và khởi ñộng máy 34 Hình 2.11. Lưu ñồ bước 2, ñưa thanh cầu về vị trí bắt ñầu quấn sợi 35 Hình 2.12: Lưu ñồ bước 3, ñiều khiển ñộng cơ bơm dầu, ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ trục chính, tính toán các thông số 36 Hình 2.13. Lưu ñồ bước 4, hạ cầu, dừng và hãm ñộng cơ trục chính, bật ñèn ñỏ 37 Hình 2.14. Lưu ñồ bước 5, kiểm tra ñiều kiện dừng máy hay chạy tiếp 38 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vii Hình 2.15. Lưu ñồ ngắt timer 200ms, gửi tín hiệu ñặt và phản hồi tốc ñộ ra biến tần 39 Hình 2.16. Lưu ñồ ngắt thời gian 1 phút, tính chiều dài sợi ñã quấn 39 Hình 3.1: Cấu hình phần cứng 45 Hình 3.2: Thiết lập cho ñầu ra tương tự 45 Hình 3.3: Các khối trong chương trình 46 Hình 3.4: Chương trình của khối FB11 50 Hình 3.5: Chương trình của khối OB100 51 Hình 3.6: Chương trình của khối OB100 tiếp theo 52 Hình 3.7: Chương trình của khối OB1 53 Hình 3.8: Chương trình của khối FC1 53 Hình 3.9: Chương trình của khối FC2 54 Hình 3.10: Chương trình của khối FC3 54 Hình 3.11: Chương trình của khối FC3 tiếp theo 55 Hình 3.12: Chương trình của khối FC6, tính toán 56 Hình 3.13: Chương trình của khối FC4 57 Hình 3.14: Chương trình của khối FC5 58 Hình 3.15: Chương trình ngắt thời gian 1 phút ñể tính ñộ dài sợi 58 Hình 3.16: Chương trình ngắt thời gian 200 ms ñể gửi tín hiệu tốc ñộ ñặt và tốc ñộ phản hồi ra biến tần 59 Hình 3.17: Chương trình ngắt thời gian 200 ms ñể gửi tín hiệu tốc ñộ ñặt và tốc ñộ phản hồi ra biến tần, tiếp theo 60 Hình 3.18: Chương trình nút dừng khẩn cấp 61 Hình 3.19: Các tag cần thiết có ñịa chỉ ñược gắn với khối DB19 của chương trình Simatic 62 Hình 3.20: Tạo 3 màn hình giao diện 63 Hình 3.21: Giao diện màn hình chính hiển thị các thông số 63 Hình 3.22: Giao diện màn hình cài ñặt thông số tốc ñộ 64 Hình 3.23: Giao diện màn hình cài ñặt thông số sợi với các IO field là Input ñược nhập vào khối DB19 64 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 1 LỜI NÓI ðẦU Ngày nay ngành tự ñộng hoá phát triển tới trình ñộ cao nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung và ñiều khiển tự ñộng hóa nói riêng. Những thành tựu rực rỡ của nó ñã làm thay ñổi bộ mặt của thế giới, góp phần nâng cao năng suất lao ñộng, giảm chi phí sản xuất Với thời gian và trình ñộ có hạn, ñiều khiển tự ñộng hóa là một lĩnh vực rất sâu rộng và hiện ñại do ñó nội dung của bản luận văn chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, khiếm nhã. Kính mong ñược sự góp ý, sửa ñổi, bổ sung của các thầy cô và ñồng nghiệp ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả! Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 2 MỞ ðẦU 1. Mục tiêu, nội dung nghiên cứu của ñề tài Hiện nay, trang thiết bị trong các nhà máy dệt, sợi ở các khu công nghiệp của tỉnh Thái Bình ña số các thiết bị ñược nhập từ nước ngoài. Hệ thống ñiều khiển của các máy sợi con sử dụng ña dạng PLC của các hãng như PLC Fanuc, Siemens S5, S7-200, S7-300, Mitsubishi,…. Các chương trình ñiều khiển ñược các hãng cung cấp ñi kèm thiết bị. Nên khi bộ ñiều khiển bị hỏng cần phải thay thế thì phải mua thiết bị kèm theo chương trình nên giá thành rất cao. Do ñó việc tìm hiểu công nghệ ñể có thể thiết kế chương trình ñiều khiển cho máy là rất quan trọng vì như vậy sẽ tiết kiệm ñược chi phí thay thế PLC khi có hỏng hóc. Hiểu rõ ñược tầm quan trọng của việc thiết kế hệ thống ñiều khiển cho máy sợi con, ñược sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS PHAN XUÂN MINH, tác giả ñã lựa chọn ñề tài : Nghiên cứu thiết kế hệ thống ñiều khiển cho máy quấn sợi dùng PLC S7- 300. - Cơ sở khoa học và thực tiễn của ñề tài:  Kỹ thuật ñiều khiển logic  Phương pháp thiết kế phần mềm ñiều khiển trền nền STEP 7  Thiết bị ñiều khiển khả trình PLC S7-300 của Siemens  Máy cuốn sợi tại nhà máy - Mục ñích của ñề tài (các kết quả cần ñạt ñược): Thiết kế chương trình ñiều khiển cho máy sợi con trên nền STEP 7 - Nội dung của ñề tài, các vấn ñề cần giải quyết:  Tìm hiểu cấu tạo và hoạt ñộng của máy sợi con và phát biểu các bài toán ñiều khiển  Tìm hiểu các thiết bị cảm biến và thiết bị chấp hành trang bị cho máy sợi con  Lựa chọn giải pháp kỹ thuật [...]... Hi n t i cơng ty có: - 01 nhà máy s i v i các thi t b hi n đ i đư c nh p v t các nư c Anh, ð c, M , Ti p, Hàn Qu c, Trung Qu c … v i trên 100 máy các lo i - 01 nhà máy d t - 01 nhà máy t y nhu m - 01 nhà máy may Ngồi ra cơng ty còn phát tri n kinh doanh đa nghành ngh như : - Xây d ng nhà máy s n xu t nư c s ch cung c p cho các h gia đình, các nhà máy trong t nh; 01 nhà máy nư c t i t nh Hưng n - ð u... khi n Mơ ph ng ki m ch ng ph n m m thi t k trên n n PLC SIM và WinCC 2 Phương pháp nghiên c u và c u trúc c a lu n văn ði t tìm hi u th c t , c th là tìm hi u ho t đ ng c a máy s i con, các thi t q trình và t các u c u cơng ngh c a máy phát bi u bài tốn đi u khi n D a trên các hi u bi t v đi u khi n logic, gi i pháp k thu t và k thu t l p trình cho PLC l a ch n c u hình h th ng đi u khi n và vi t chương... trong t nh; 01 nhà máy nư c t i t nh Hưng n - ð u tư góp v n trong các d án xây d ng các nhà máy nhi t đi n, thu đi n - ð u tư trong lĩnh v c xây d ng như: Xây d ng các khu chung cư … Nhà máy s i thu c cơng ty c ph n BITEXCO Nam Long hi n đang có 29 máy s i con các lo i, trong đó có 10 máy FA507A, 12 máy LB129, 07 máy F1520 s n xu t t i Trung Qu c v i cơng ngh hi n đ i ho t đ ng mang tính t đ ng hố cao... su t trư c và t c đ c a c c s i Khi máy làm vi c đ ng cơ (M) có đi n quay vì cùng tr c nên pu ly (D1) quay thơng qua dây đai làm cho puly (2) quay tr c chính (T) l p ch t v i (D2) quay theo khi tr c chính T quay thơng qua dây xăng làm cho c c hai bên m t máy quay Khi tr c chính (T) quay puly (D3) l p ch t v i tr c chính (T) nên quay thơng qua dây đai răng ng a làm cho puly (D4 quay theo do ăn kh p vưói... động cơ Cài đặt các thông số cho ứng dụng cụ thể KÕt thóc Hình 2.5 : Lưu đ cài đ t các thơng s cho bi n t n Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 22 2.1.4.1 Q trình cài đ t nhanh: Ý nghĩa c a thơng s M c đ nh Start M c đ ưu tiên truy c p các thơng s 1 1: Standard : cho ngư i dùng truy c p h u h t các thơng s P0003 = 3 2: Extend : cho truy c p thêm m t s ch c... men t i P0205 = 1 0 0 : Mơ men khơng đ i (máy nén) 1: Mơ men thay đ i ( t i qu t gió, bơm…) Ch n ki u đ ng cơ P 0300 = 2 1 1 : đ ng cơ KðB 2 : đ ng cơ đ ng b Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 23 P0304 = 400 P0305 = 54.2 ð t đi n áp đ nh m c cho đ ng cơ (V) ð t dòng đi n đ nh m c cho đ ng cơ (A) ð t c ng su t đ nh m c cho đ ng cơ P0307 = 30 P0308 = 0.8 P0309... vào qu s i và t o ra đ săn nh t đ nh cho s i B ph n thành hình máy kéo s i con dùng đ đi u khi n h th ng c c s i ch y lên xu ng đ s i đư c qu n đ u vào qu s i B ph n đưa ngun li u vào : Hình 1.1: Ph u d n s i thơ Bao g m giá treo s i thơ và ph u d n s i thơ Giá treo s i thơ, có tác d ng nâng đ ng s i thơ t o đi u ki n thu n l i đ s i thơ đư c t ra d dàng, d n hư ng cho s i thơ đi vào b phân kéo dài tránh... ngay, h th ng s dùng đ n h th ng phanh hãm đi n t ch y đi n áp 100 VDC Phanh s tác đ ng vào tr c chính Các nút n và đèn báo: Nút nh n ON/OFF, nút d ng kh n c p ðèn đ báo máy đang tr ng thái d ng kh n c p ðèn xanh báo máy v a b t đ u qu n s i, chi u dài L còn ng n ðèn vàng báo qu s i đã s p đ y ðèn đ báo qu s i đã đ y 1.3 K t lu n chương 1 Chương 1 gi i thi u các b ph n c u t o c a máy s i con, ngun... Các thơng s v t n s tương ng v i t l ph n trăm đ dài c a s i là do ngư i v n hành cài đ t vào PLC thơng qua PC Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 17 Dư i đây là ví d v m t b ng thơng s t c đ đư c cài đ t cho PLC Trong đó STT là s th t c a thơng s đư c cài vào PLC, L/T là t l ph n trăm chi u dài c a s i, S là t l gi a t n s cài đ t và t n s l n nh t B ng... đưa Trư ng ð i h c Nơng nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 18 vào b đ m t c đ cao c a PLC đ tính tốn và sau đó truy n cho bi n t n dư i d ng tín hi u đi n áp thơng qua modul tương t vào chân analog 2 c a bi n t n làm tín hi u ph n h i T c đ đ t cũng đư c PLC truy n cho bi n t n dư i d ng đi n áp thơng qua modul tương t vào chân analog 1 c a bi n t n Bi n t n s tính tốn sai l . : Nghiên cứu thiết kế hệ thống ñiều khiển cho máy quấn sợi dùng PLC S7- 300. - Cơ sở khoa học và thực tiễn của ñề tài:  Kỹ thuật ñiều khiển logic  Phương pháp thiết kế phần mềm ñiều khiển. NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        ðẶNG VĂN HỮU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN CHO MÁY QUẤN SỢI DÙNG PLC S7-300 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành :. STEP 7  Thiết bị ñiều khiển khả trình PLC S7-300 của Siemens  Máy cuốn sợi tại nhà máy - Mục ñích của ñề tài (các kết quả cần ñạt ñược): Thiết kế chương trình ñiều khiển cho máy sợi con